CHAPITRE 2 LA CONDUCTION DE L'ELECTRICITE

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1 CHAPITRE 2 LA CONDUCTION DE L'ELECTRICITE

2 Introduction je comprend enfin Image Atome C'est quoi un atome? L'atome au cours des siècles Histoire Atome

3 I. Constitution de la matière La matière est constituée de particules infiniment petites appelées atomes (atomos : grec insécable). Les atomes sont formés d'un noyau autour duquel tournent des électrons. Le noyau est constitué de protons et de neutrons. Les protons portent une charge électrique positive (+) Les électrons portent une charge électrique négative (-) ne portent pas de charge électrique. Les neutrons Dans un atome, il y a autant de protons que d'électrons. Un atome est donc électriquement neutre.

4 Modèle de l' atome La dimension des atomes est de l'ordre de m ( un dixième de milliardième de mètre) Le noyau est environ 10 5 (cent mille) fois plus petit que l'atome, mais il contient la quasi-totalité de la masse de celui-ci.

5 II. Conduction de l'électricité dans les solides vidéo «c'est pas sorcier : l'électricité» : questionnements, discussions Electricité - C'est pas sorcier Les solides formés par des molécules ne conduisent pas l'électricité (à l'exception de quelques uns). Dans d'autres solides, les atomes ne forment pas de molécules et se répartissent de manière ordonnée dans l'espace. Ils forment des structures cristallines.

6 Les atomes peuvent se regrouper pour former des molécules ou des réseaux cristallins. NE PAS RECOPIER Molécule d'eau Commons wikimedia Réseaux d'atomes de zinc IFTS Réseaux d'atomes de carbone IFTS Exemple de réseau cristallin Ici, les motifs de base qui se répètent des milliards de milliards de fois dans toutes les directions. Il existe d'autres types de réseaux cristallins.

7 Dans ces structures, les atomes sont aussi liés grâce à leurs électrons, mais certains d'entre eux peuvent se délocaliser dans tout le cristal. Ce sont les électrons libres. je comprend enfin Les solides qui possèdent une structure cristalline avec délocalisation d'électrons conduisent l'électricité

8 Mêmes atomes : solides différents Attention, tous les solides cristallins ne conduisent pas l'électricité NE PAS RECOPIER Le diamant est isolant, bien qu'il possède une structure cristalline, car il ne possède pas d'électrons libres. Réseaux cristallins d'atomes carbone C : À gauche le diamant, A droite le charbon Commons wikimedia

9 Le circuit électrique En l'absence d'une tension électrique, les électrons libres ont un mouvement désordonné. Sous l'effet d'une tension électrique, les électrons libres ont un mouvement ordonné, ce qui assure la conduction de l'électricité. Les charges de signes opposés s'attirent, alors que celles de même signe se repoussent. Les électrons se déplacent donc de la borne (-) vers la borne (+) d'un générateur (sens opposé au sens conventionnel du courant).

10 Définition La conduction de l'électricité dans les solides est assurée par le déplacement ordonné des électrons libres. De la borne (-) vers la borne (+) du générateur, sous l'effet d'une tension électrique.

11 II. Conduction de l'électricité dans les solutions Expérience 1 : On réalise un montage comportant : un générateur, une lampe, un ampèremètre et un électrolyseur : deux électrodes de métal que l'on fait baigner dans des liquides différents (schéma ci-dessous). On mesure la valeur de l'intensité et on observe l'éclairement de la lampe en mettant directement en contact les électrodes, puis en les plongeant dans quatre liquides différents.

12 Expérience 1 : Schéma + - Solutions à tester : (1): eau déminéralisée (2): eau déminéralisée + sel (3): eau déminéralisée + sucre (4): acide sulfurique (5): électrodes en contact par un métal A électrode de métal électrode de métal Bac contenant la solution à tester électrolyseur

13 Expérience 1 : Résultats Solution Lampe Ne brille pas Brille faiblement Ne brille pas Brille normalement Brille normalement Intensité I = 0 A I = 0,12 A I = 0 A I = 0,25 A I = 0,26 A L'eau déminéralisée est parfaitement pure. Le sucre est constitué de molécules, le sel des ions Na + et Cl -, l'acide sulfurique des ions H + et SO Observation expéreince 1 Seules les solutions qui contiennent des ions conduisent l'électricité.

14 Expérience 2 : Livre p 31 On verse sur un papier imbibé d'une solution conductrice une goutte de permanganate de potassium et une goutte de sulfate de cuivre. Le papier imbibé est inséré en série dans un circuit. Expérience 2 : Schéma (doc 5 a p 35) + - Les ions sulfate SO 4 2- et potassium K + sont incolores. Les ions permanganate MnO 4 - sont violets, les ions cuivre Cu 2+ sont bleus. Papier imbibé

15 Expérience 2 : Résultats (doc 5 b p 35) + - Expérience 2 : Observation Sous l'effet d'une tension électrique, les ions cuivre (bleus), chargés positivement (cations), se déplacent vers la borne (-) (cathode) du générateur et les ions permanganate (violets), chargés négativement (anions), se déplacent vers la borne (+) (anode).

16 Conclusions Conclusion Dans une solution, la conduction de l'électricité est assurée par le déplacement des ions qu'elle contient. Les ions chargés positivement (cations) se déplacent vers la borne (-) (cathode) du générateur ; les ions chargés négativement (anions) se déplacent vers la borne (+) (anode). Conclusion générale La conduction de l'électricité est assurée par un déplacement de charges électriques (soit des électrons libres délocalisés dans un solide, soit des ions dissous dans un solvant).

17 Schéma général + - A électrolyseur N.B. : Les électrodes peuvent être dans n'importe quel matériau conducteur (graphite, cuivre, etc ). électrode de métal Anions (-) Cations (+) électrode de métal Cuve remplie avec la solution contenant des ions Sur les fils : Flèches rouges : sens des électrons Flèches bleues : sens conventionnel du courant électrique

18 Exercice On réalise le montage ci-dessous. Le fil bleu est un morceau de laine trempé dans l'un des différents liquides ou solutions suivants : (1) Huile / (2) Eau salée (3) Eau + alcool / (4) Eau + sulfate de cuivre Le fil rose est constitué de l'un des matériaux suivants : ( a) Cuivre / (b) Graphite (mine de crayon de papier) / (c) Caoutchouc / (d) Aluminium - PILE +

19 1. Quels sont les fils qui permettent d'assurer la conduction de l'électricité? Justifier la réponse. Dans le fil Bleu, nous sommes en solution. La conduction est assurée par les ions, il faut donc que ces liquides en contiennent, sinon le courant ne peut pas circuler Fil Bleu Conduction Justification Huile NON Ne contient que des molécules Eau salée OUI Contient des ions Na + et Cl - Eau + alcool NON Ne contient que des molécules Eau + sulfate de cuivre OUI Contient des ions Cu 2+ et SO 2-4

20 Dans le fil Rose, nous sommes dans des solides. La conduction est assurée par des électrons libres. Il faut donc que ces solides possèdent une structure cristalline avec délocalisation d'électrons. Fil Rose Conduction Justification Cuivre OUI Réseau cristallin avec électrons libres Graphite OUI Réseau cristallin avec électrons libres Caoutchouc NON Solide constitué de molécules Aluminium OUI Réseau cristallin avec électrons libres

21 2. Indiquer sur le schéma le mouvement des espèces qui assurent cette conduction. - PILE + - PILE +

22 Explications Dans le fil Bleu, ce sont les ions qui assurent la conduction de l'électricité car nous sommes en solution. Les anions (charges (-) ) se déplacent vers la borne (+) du générateur (anode) : flèches vertes ; les cations (charges (+) ) se déplacent vers la borne (-) du générateur (cathode) : flèches bleues. Dans le fil Rose, ce sont les électrons libres qui assurent la conduction de l'électricité car nous sommes dans un solide. Ils se déplacent en direction de la borne (+) du générateur car ils sont chargés négativement (-) : flèches rouges.